（控制理论与控制工程专业论文）成本分析与竞价上网决策支持系统的设计与开发.pdf

摘要 f 厂网分开、竞价上网”这一电力系统体制改革的主要措施开展起来后，对 企业自守经营管理提出了更高要求。如何实时准确地分析控制电厂成本和经济运作 方向，科学地报价使企业在市场竞争中立于不败之地，成为广大发电企业迫切需 要解决地问题。“成本分析与竞价上网决策支持系统”正是这样一套将决策支持系 统技术应用于电厂经营管理中、优化利用企业资源的辅助决策支持软件。它是在 发电企业内部网络及i n t e r n e t 的支持下，以成本分析和竟价辅助决策为核心；来 直观反映各机组实时生产运营状况；精确预测各项成本、电力负荷、市场需弗等： 并结合实时、历史各项信息数据为决策者提供最佳竞价策略和报价建议。y 本文以湖南湘潭电厂生产管理经验为背景，对“成本分析与竞价上网决策支 持系统”的分析、设计和开发做了深入的研究和探讨。在对系统充分分析的基础 上，文章不但从决策支持系统的三层体系结构出发，详细描述了系统的人机接口、 数据库和模型库的设计和开发，还从信息系统的角度对各功能模块的设计和开发 做了全面阐述。 文章深入探讨了决策支持系统的关键性问题模型的设计、建立、调用。 系统面向不同的分析决策问题提供了多种可供选择的模型和方法，文中详细介绍 了用于固定成本分析的负荷分配模型、用于煤耗分析的神经网络模型、适用于长 短期预测的直线、指数模型和坦錾垩2 臣法以及用于竞价的博弈模型。这些存放在 的模型库中的各模型方法根据不同的基本功能、存储位置和调用方式分为多维数 据模型和广义模型，文中详细讨论了他们的异同点及主要功能。 对于系统的安全设计，文章从应用程序、操作系统、数据库管理系统及网络 安全管理方面给出了系统安全逻辑，最后文章还对本课题所作的工作做出了评价 和总结，并对后续工作提出一些改进建议。 华中科技大学硕士学位论文 一= = # = _ # = = _ # ! # = = = = = = = = = = = # = = = = # = a b s t r a c t s i n c e “s e p a r a t i o no f n e t w o r ko p e r a t i o n sa n dg e n e r a t i o n ，a n dm a k i n ge l e c t r i c g e n e r a t i o nm a n e tc o m p e t i t i v e “，a s t h em a i nm e a s u r eo ft h er e f o r mf o rp o w e r s y s t e m ， h a sd e v e l o p e dg r a d u a l l y , t h em a n a g e m e n to fc o r p o r a t i o ni sr e q u i r e dm o r e h o wt o q u o t er a t i o n a l l yt ok e e pa h e a dt h r o u g ha n a l y z i n g a n dc o n t r o l l i n gt h ec o s to fi t s e l fa n d t h eo p e r a t i o n a ld i r e c t i o no fe c o n o m yc o r r e c t l yi nt i m ei sa nu r g e n tp r o b l e mn e e d e dt o b es o l v e db ya l lp o w e rc o r p o r a t i o n s “c o s ta n a l y s i sa n dq u o t a t i o nd e c i s i o ns u p p o r t s y s t e m i sa na s s i s t a n ts o f t w a r et ou s ed e c i s i o ns u p p o r ts y s t e mt e c h n o l o g yi n t ot h e m a n a g e m e n to fp o w e rp l a n t t oo p t i m i z et h er e s o u r c e t h ec o r e so ft h i ss y s t e ma r ec o s t a n a l y s i sa n da s s i s t a n td e c i s i o nf o rq u o t a t i o n t h es y s t e mt a ns h o w r u n - t i m eo p e r a t i n g s t a t u so fe v e r ys e t ，f o r e c a s tf u t u r ec o s t ，m a r k e td e m a n da n dt h el o a do fe l e c t r i cp o w e r , m a k et h em o s to p t i m a lq u o t a t i o na d v i s e sa n ds t r a t e g i e sb yr e f e r r i n gt ot h eh i s t o r ya n d r u n t i m ei n f o r m a t i o no f f i n a n c e ，p l a n ，d e m a n d ，d e a l i n g ，a n dt h a to f t h ea d v e r s a r y t h i sp a p e rd i s c u s s e st h ea n a l y s i s ，d e s i g na n d e x p l o i t a t i o no f “c o s ta n a l y s i sa n d q u o t a t i o nd e c i s i o ns u p p o r ts y s t e m ”b a s e d0 nh u n a nx i a n g t a np o w e rp l a n t p a p e rn o t o n l yd e s c r i b e si nd e t a i lt h eh u m a n - c o m p m e ri n t e r f a c e ，d a t a b a s e ，a n dm o d e lb a s eo f t h es y s t e mf r o mt h ep o i n to f t h r e e - l a y e ra r c h i t e c t u r e ，a l s oe x p o u n d st h ed e s i g na n d e x p l o i t a t i o n o f a l lf u n c t i o nm o d u l e sf r o mt h ea n g e lo f i n f o r m a t i o n s y s t e m p a p e rg o e s i n t o p a r t i c u l a r st h ed e s i g n ，h a n d l i n ga n di s s u eo ft h em o d e l s ，t h e p i v o t a lp r o b l e m so f t h i sp a p e r s y s t e mp r o v i d ed i f f e r e n tm o d e l sf o rd i f f e r e n tp r o b l e m s ， p a p e rd e t a i l e d l yi l l u s t r a t el o a dd i s t r i b u t em o d e lf o ra n a l y s i so fc o s t ，n nm o d e lf o rt h e u s eo f c o a l ，b e e l i n e , e x p o n e n tm o d e la n ds m o o 如f u n c t i o nf o rf o r e c a s ta n d g a m em o d e l f o r q u o t a t i o n ，t h e m o d e l sa r ed i v i d e di n t om u l t i d i m e n s i o n a ld a t am o d e la n d g e n e r a l i z e dm o d e lr e f e r r i n gt ot h ed i f f e r e n tf u n c t i o n s ，s t o r a g ep l a c e sa n dw a y so f u s e ， p a p e r d i s c u s s e st h ed i f f e r e n c ea n df u n c t i o n s m a i n l y f o rt h ep r o b l e mo fs a f e t y a n da s s u r a i l c e ，p a p e rd i s c u s s e sf r o mt h ef a c e t s o f a p p l i c a t i o n ，o p e r a t i n gs y s t e m ，d a t a b a s em a n a g e m e n t s y s t e ma n dn e t w o r ks e c u r i t y a t t h ee n do f t h i sp a p e r t h ea u t h o rm a k e s s o m ec o n c l u s i o n so f t h es y s t e m ，a n dg i v e ss o m e a d v i c e sf o rt h ef u t u r et a s k s k e y w o r d s ：p o w e rp l a n t c o s t q u o t a t i o n d e c i s i o ns u p p o as y s t e m l i l 华中科技大学硕士学位论文 一= = = = = = = = ；= = ；= = = = = = = = = = = 口= = = 1 绪论 1 1 引言 目前，世界各国都不同程度地进行着电力体制和运营机制的改革，我国的电力 体制改革正随着经济体制由计划经济向市场经济的转变而不断深入。”。”。独立核算 的发电公司、发电厂的不断出现，打破了集发电、输电和配电为一体的传统电力生 产经营垄断体系，在电力生产领域开放了市场、引入了竞争。在建立、开放发电市 场时，一应按照建立现代企业制度的要求，贯彻竞争的原则、效益的原则、资源优化 配置的原则和科学管理的原则，以调动各方面的积极性。而电价改革是电力商业化 运行的首要条件，只有逐步建立一个对各类投资者都一样开放、公平的发电市场， 形成竟价上网的机制，才能完善电价体制，推动电力改革的发展。在电厂和电网之 间，建立上网电价结算机制已是电力改革发展的必然。在这样的电力市场环境下， 为了支持电力市场运营规则的实施，要建立相应的电力市场技术支持系统，因此将 先进的、最前端的计算机计算应用于电力市场已成为必然的要求。 决策支持系统( d s s ) 作为一门新兴的边缘学科，它是以现代信息技术为手段，综 合运用计算机技术、管理科学、人工智能等多种学科知识，针对某一类型的半结构 化问题，通过科学的方法，为管理者做出正确决策提供帮助的人机交互系统。因此 结合先进的计算机技术，为适应我国电力体制改革和电力市场建设的要求而开发的 竞价上网决策支持系统应运而生。 1 2 课题的背景、目的和意义 从8 0 年代到9 0 年代，“还本付息”电价模式起到了吸引各种资金建设新电站的 作用，对独立电厂的发展，解决缺电局面起了较大的推动作用。但是，随着我国电 力工业的发展，这种单一制模式也暴露出了较大的弊端，主要有如下几点： ( 1 ) ，单一制电量电价反映不了基电源、峰电源的成本结构。调峰电源往往固定投 资大而利用小时数低，年上网电量不多，它的价值更多地体现在容量成本和容量效 童尘：但星垄望= 盟皇量皇盆剑主：鱼也全些丝盛奎塑蝗董星逗过望鱼虫量鲍邀堑 华中科技大学硕士学位论文 = = = = _ = = = ；= 口= = = = ；= # = = = = 。= = = = = = = = = ； 来核定的。在竞争的市场经济条件下，这种电价制难以实现合理补偿成本、合理确 定收益。 ( 2 ) ，单一制电量电价反映不出峰电源、基电源的效益结构。峰电源容量效益高， 电量效益低，而基电源电量效益高，容量效益低，在实行竟价上网过程中，如果仅 仅以电量电价为依据实行竞争，反映不出公平的利益机制，在同一市场内，峰电源、 基电源就不可能开展平等竞争。 ( 3 ) ，以上两个缺陷必然导致电网电源优化和资源优化配置问题，投资者仅对以发 电量为主的电源感兴趣，对以供电力为主、容量效益好的电源不感兴趣。单一的电 量电价制不利于电网经济调度，在一定程度上会导致电厂不顾电力系统的整体利益， 只顾抢发电量，不愿承担电网的调峰、调频、调相和负荷备用任务，使电网的最优 经济调度难以实施。 ( 4 ) ，单一制电量电价反映不出新、老电厂成本结构的差异。新、老电厂有不同的 成本结构，仅仅靠单一制电量电价，在实施竟价上网的市场中，难以做到公平竞争。 为了清除以上单一制电价的种种弊端，国家实行了“网厂分开，竞价上网”的 策略，网厂分开是指电网经营企业拥有和管理的发电厂从其企业经营中分离出来， 形成独立经营与核算的发电企业法人实体，与其他独立发电厂公平参与发电市场的 竞争娜1 。按照同网、同质、同价的原则，实行公平竞争，竟价上网。电网经营企业 按照国家有关法律法规政策的规定实施调度，并在调度中体现公平、公正、公开的 “三公”原则，维护发电企业的合法利益。 在电力市场形成以后，发电企业在“网厂分开，竟价上网”的新形势下，都面 临着激烈的全方位的竞争。一方面需要加强自身管理，提高设备利用率，增强市场 竞争能力：另一方面，必须对电力市场有深入的研究，制定合理的报价策略，才能 在激烈的市场竞争中站稳脚跟。因此随着发电企业与电网分开管理、竟价上网政策 的推进，对企业的经营管理提出了更高要求。如何实时准确地分析控制自身成本和 经济运作方向，科学地报价使在市场竞争中立于不败之地，成为广大发电企业迫切 需要解决的课题。因此，电价理论以及报价策略的研究是相当必要的。又因为电力 市场技术支持系统是电力市场赖以存在的技术基础，相应的电厂侧报价软件的开发 华中科技大学硕士学位论文 = ：= = = = = ；= ；= = = = ；= = ；= = = = = = = = = ；= = = = = = = = 2 也必须随之进行。 综合运用现代控制理论、经济分析理论、人工智能技术和网络信息技术开发完 成的“成本分析与竞价_ l n 决策支持系统”，在发电企业内部网络支持下，建构在电 厂本身具有的湘潭电厂有限责任公司管理信息系统的基础上，并通过i n t e m e t 与省 局相连，以成本精确管理和竞价辅助决策为核心，结合财务、计划及各种现场的生 产实时数据，直观地反映各机组当前的生产状况，实时地计算出发电生产成本，为 控制成本提供准确的依据，并且较精确地预测未来几天的生产成本变化趋势，并且 结合历史交易数据得出大量有效得辅助信息，为报价员提供有成本依据、低风险和 比较高出力的报价建议，从而为实现企业生产、经营的在线控制和内部资源的优化 配最，制定科学的发电计划和竟价策略，提高企业的市场竞争能力提供了及时、全 面的支持，保证了企业在电力市场竞争中能够立于不败之地。 1 3 国内外概况 从国际上看，伴随着理论的突破、电力自动化和计量技术水平的提高以及社会要 求打破电力垄断的呼声，从2 0 世 f , j k 十年代末开始，欧美一些国家纷纷掀起了打破垄 断、引入竞争的电力改革之风。”。目前智利、英国、阿根廷、澳大利亚、新西兰、 美国等国家都进行了电力改革，实践证明在发电和售电环节引入竞争机制是可行的， 改革后减轻了政府财政负担，提高了企业经营效益，降低了电价。电力市场化改革正 在引起越来越多国家的重视，已成为世晃各国改革电力体制、促进国民经济可持续发 展的潮流。 为了促进我国电力工业发展，尤其在入世以后，加强与世界的接轨，提高国民 经济整体竞争能力，提高电力企业的在世界竞争力，我国加快了深化电力体制改革的 进程。1 9 9 8 年1 2 月，国务院批准浙江、山东、上海、辽宁、吉林、黑龙江等省市为 第一批“厂网分开、竞价上网”的试点地区，目前这些地区的试点工作正在进行之 中。 虽然发达国家的很多经验我们借鉴，但是发达国家的发电上网定价方法不适用 于发展中国家。发达国家的电力在容量上的扩展已近于饱和，因此在上网电价p p p ( 联 华中科技大学硕士学位论文 ；= = ；= 2 = = = = g ；= 。 营体购入电价) 中反映发电容量固定成本的边际容量价值( 次日t 时段电力不足概率) 很少。而且国家用较小的v l l ( 负荷损失价值) ，因此不鼓励电力容量的扩建。 而我国发电的容量成本往往可以与电量成本相比较，有时还要多，因此有关容 量固定的成本和效益必须仔细地处理。仅仅考虑运行成本最小的优化模型与软件都 不能直接应用，而必须采用固定成本和可变成本综合优化的模型与软件，该模型与 软件不仅能计算系统电量的动态成本，而且能计算系统容量的固定成本，计算容量 固定成本时可用不同方式计入系统可靠性水平的影响( 确定型模型或随机性模型) 。 电力市场的引入将对现有发电厂的自动发电技术，对能量管理系统中的电力系 统负荷预测、发电计划、交易计划、输电能力计算以及实时电价计算等都提出了更 新与更高的要求。对电力市场的软件支持系统的也提出了新的需求，现在很多电力企 业、软件公司都看到了这个美好的前景，如，鲁能软件的竟价上网辅助决策系统和 天辉科技的火电厂实时发电成本分析系统等等，这些软件都以不同的电厂企业为背 景，技术上的实现也是各有特色。这次我们与湘潭电厂合作开发的湘潭电厂成本分 析与决策支持系统在发电企业内部网络支持下能以成本精确管理和竞价辅助决策为 核心，结合财务、计划及各种现场的生产实时数据，直观地反映各机组当前的生产 状况，精确预测未来的成本，并能结合历史交易数据得出大量有效得辅助信息，做 出最佳的竟价策略和报价建议。它即兼顾了湘潭电厂本身的特殊情况，如全场两台 机组不相容，在启动时必须外购电的情况，又注意到整个系统的推广普及时的广泛 适用性，不但可以给予湘潭电厂提供有力的支持，而且具有很大的市场适应性。 1 4 课题涉及到的技术 1 4 1 决策支持系统( d s s ) 决策支持系统是基于计算机之上的信息系统，其主要目的是为知识工作者提供 奠定明智决策的基础信息的。是以决策模型、数据库和决策者组成的集成系统为特 征的支持决策的信息系统，利用计算机来协助管理者在半结构化任务中做出决策。 决策支持系统是以管理科学、运筹学、控制论、行为科学和人工智能为基础， 以计算机技术、仿真和信息技术为手段的。通常具有如此特性“”： 华中科技大学硕士学位论文 = ：= = = ；= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = ；= ! = = ；= = 旨在解决决策者常碰到的不良结构和不确定问题。它为决策者提供决策所需 的数据、信息和背景材料，帮助决策者理解、评价和求解非结构化领域中的 问题。 力图把模型分析技术的使用与传统的数据存储和检索功能结合起来。由计算 机自动组织和协调多模型的运行，对大量数据库中的数据进行存取和处理， 达到更高层次的辅助决策能力。 着眼于非计算机专业的人员以对话的方式使用。 注重适应性和灵活性，以便能适应环境和用户决策手段的变化。 1 4 2i n t e r n e t 与i n t r a n e t i n t e r n e t 是计算机和通信两大现代技术相结合的产物。i n t e r n e t 的主要应用有： 基于w e b 的资源发布、网上图书馆、电子商务、远程教育、电话和传真业务、办公 系统、虚拟现实等“”。 i n t r a n e t 是在i n t e r n e t 网络基础上逐渐发展起来的网络技术。一般而言，它是 在企业或组织内部的i n t e r n e t 。但是i n t e r n e t 和i n t r a n e t 也存在差异：i n t e r n e t 强调开放性，而i n t r a n e t 则更注重资源的安全性。因为i n t e r n e t 的服务对象是所 有i n t e r n e t 用户，而i n t r a n e t 服务对象是某一单位或组织内部的所有或部分人员。 1 4 3 数据库及其管理系统 数据库系统是由数据库管理系统、数据库、用户和计算机系统组成的具有高度 组织的整体“”。它是一个完整的可以组织和存取大量数据的计算机系统。其中的数 据具有独立性、整体性、最小冗余性、最大共享性等特点，为了提高用户存储、检 索和更新数据的能力，保证对并发的控制，确保数据的安全性、保密性，建立数据 库应提供统一的管理软件( 即数据库管理系统) ，对数据库进行统一的管理和控制”。 数据库管理系统是管理和维护数据库的软件，其主要功能是维护数据库的正常 活动，接受并回答用户提出的访问数据库的各种应用请求，如要求从数据库中检索 信息等等，也就是说数据库管理系统处理用户对数据库的操作，复杂数据库组织的 逻辑细节和物理细节的处理，使用户可以不受一些细节的影响，从而可以从更加抽 象的观点看待和使用数据库。 华中科技大学硕士学位论文 = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = ；= 口= = = = ； 数据库是以一定的组织方式存储在一起的数据集合，它能以最佳方式，最少数 据重复为多种用户( 或应用程序) 服务，数据的存储方式独立于使用它的应用程序。 数据库管理员根据数据的组织方式对数据库进行了分类，其基本结构分为四类：层 次结构、网状结构、关系结构和多维结构。其中多维数据库主要在决策支持系统环 境下用于数据仓库。 1 4 4 第四代编程语言( 4 g l ) 第四代语言的定义特性是用户指定计算机要做什么，而不是规定计算机如何去 做m 1 。它与第三代语言相比是把灵活性、运行时间效率同开发速度相交换，当第四 代语言的内置功能足够用且不需要最高的机器利用率时，第四代语言能够削减应用 软件开发时间的数量级，对决策系统而言，更快的应用软件开发时间时第四代语言 的重要优势”。 目前，比较流行的数据库前端开发工具有如下几种：p o w e r b u i i d e r ，d e l p h i ， v i s u a lb a s i c ，o r a c l ed e v e l o p e r 2 0 0 0 等。 p o w e r b u i i d e r 是s y b a s e 公司推出的基于客户服务器模式的图形用户界面应用 程序开发工具啪1 。其最大的优势就是强大的数据库操纵能力，它不仅提供o d b c 数据 库连接，还为o r a c l e 、s y b a s e 、i n f o r m i x 、1 i l i c r o s o f ts o ls e v e r 等专用数据库提 供了接口，尤其是其独具特色的专利技术一数据窗口( d a t a w i n d o w ) 可以大大简化系 统的开发。 d e p h i 是i n p r i s e ( 前b o r l a n d ) 公司的图形用户界面应用程序开发工具，它提供 了许多控件用于方便的创建数据库应用程序。 v i s u a lb a s i c 是微软公司的图形用户界面应用程序开发工具，它是通过o d b c 和m i c r o s o f tj e t 与数据库进行连接，并可以充分利用m i c r o s o f t 的动态数据交换 技术及大量的第三方控件。 o r a c l ed e v e l o p e r 2 0 0 0 是o r a c l e 公司的数据库应用程序前端开发工具嘲1 ，主 要由f o r m s 、r e p o r t s 、g r a p h i c s 等设计器组成，f o r m s 用于设计界面，r e p o r t s 是 报表工具，g r a p h i c s 是数据的图形显示工具。 2 决策支持系统及相关技术 自从7 0 年代中期k e e n 和s c o t tm o r t o n 创造的“决策支持系统( d s s ) ”一词作 为用于管理的一种新型的计算机信息系统d s s 已经得到了迅速的发展，它已成 为系统工程、管理科学、人工智能等领域十分活跃的研究课题。1 。 2 1 决策支持系统的产生和发展 决策支持系统( d e c i s i o ns u p p o r ts y s t e m d s s ) 是在七十年代末期在生产 发达的西方国家兴起的一种新的管理信息技术唧“。 电子计算机问世不久就被应用于管理领域开始人们主要用它进行数据处理相 编制报表，通常把这一类系统所涉及到的技术称作电子数据处理e d p ( e l e c t r o n i c d a t ap r o c e s s ) e d p 把人们从繁琐的事务处理中解脱出来，大大地提高了工作效率。 但是，任何一项数据处理都不是孤立的，它必须与其他工作进行信息交换和资源共 享，因此有必要对一个企业或一个机关的信息进行整体分析和系统设计，从而使整 个工作协调一致，在这种情况下，管理信息系统( m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m s ) 应运而生，使信息处理技术进入了一个新的阶段，并迅速获得发展。 7 0 年代朱，学术界对于应用系统分析、传统运筹学、管理信息系统( m i s ) 进行了 认真的反思。人们发现由于m i s 技术及方法论上固有的缺陷，特别是刻板的结构化 系统分析方法、漫长的生命周期及信息导向的开发模式使传统的m i s 难以适应多变 的外部及内部管理环境，对管理人员的帮助十分有限，而且人们逐渐认识到系统分析 人员和信息系统本身都不能取代决策者去做出决策，支持决策者才是他们正确的地 位。于是决策支持系统应运而生了。 在决策支持系统产生以后，随着运筹学、人工智能、专家系统、数理统计方法 及其软件的日益完善；高效率、廉价的微机及工作站的出现；数据库及其管理系统， 图形专用软件，各类软件开发工具等均为广泛的研制和应用；面向对象技术、分布 式计算机模型的成熟，决策支持系统也取得了飞速的发展。在技术进步和社会需求 的双重驱动下，不断推陈出新，从定义、观点和结构方面出发，决策支持系统演化 华中科技大学硕士学位论文 ：= = = = = = = = ；= ；= = = = = = = ；= = = = = ；= = ；= = 产生了一系列新的概念、观点和结构。出现了分布式决策支持系( d d s s 、群决策 支持系统( g d s s ) 、智能决策支持系统( i d s s ) 、高层决策支持系统和基于数据仓库技 术的决策支持系统等等，决策支持系统呈献多元化的发展趋势。 2 2 决策支持系统的概念 当m i c h a d s s c o t tm o r t o n 在“管理决策系统”一文中提出决策支持系统这个 概念时，给出的定义时：“一种能帮助决策者使用数据和模型去解决非程序化( 非结 构) 的决策问题的交互计算机系统，”这一定义明确给出了d s s 的特点，但是由于这 一定义对系统的严格限制，因此很少有实际的系统满足它“。 时至今日，虽然d s s 已有巨大的发展，但是仍没有一个学术界公认的定义。正 如d s s 这术语的创始者k e n n 在1 9 8 6 年所说的那样，“从d s s 产生开始直至今天， 仍然没有建立起一个完整的定义”。许多学者在这方面做出大量的努力，试图给出d s s 的定义，目前有不少文献对d s s 的定义作了如下的表述：凡能对决策提供支持的计 算机系统，这个系统充分运用可供利用的、合适的计算机技术，针对半结构化或非 结构化问题，通过人机交互方式帮改善管理决策制定的有效性的系统。但是，仔细 推敲起来，这个定义并不完善，因为并没有标准模式或标准规范，凡是能达到决策 支持这一目标的所有技术都可以用于d s s 。不同时期、不同用途、采用不同技术所构 造的d s s 可能完全不同，但是有一点是相同的，那就是d s s 一定起决策支持的作用。 我们认为，对于一个迅速发展尚未完全成熟的领域过早地追求一个完善的定义 并非明智之举，只要把握住这个领域的基本特征和基本构成就可以了。这样做还可 以给该领域的扩充和改变方向提供了足够的灵活性 为了把握住d s s 的基本特征和发展方向，结合s p r a n g u e 和c a r s o n 在1 9 8 2 年提出的 看法的基础上，我们可以从如下不同角度阐述d s s 的基本特征： ( 1 ) 对准上层管理人员经常面临的结构化程度不高、说明不够充分的问题。 ( 2 ) 把模型或分析技术与传统的数据存取技术及检索技术结合起来。 ( 3 ) 易于为非计算机专业人员以交互会话的方式使用。 ( 4 ) 强调对环境及用户决策方法改变的灵活性及适应性。 f 2 塞挂堡丕星岱鲞直屋迭噩置型定迭箧： 8 2 3 决策支持系统结构 随着整个科学技术水平的发展，我们用来实现决策支持的方法也越来越先进， 其实就是在任何一个时期，也可能采用不同的方法来达到决策支持的目的。而且， 当支持的水平不同时，所要求的d s s 也会有所不同，在这样的情况下，讨论d s s 的 基本结构有一定困难的。但是当我们仔细研究以前比较成功的d s s 系统时就会发现， 尽管d s s 在形态上五花入门，但它们在结构上有一个基本特征集成性。对于不 问形态的d s s 进行分解时我们会发现，d s s 通常包括几个特性十分明显的基本模块 ( 或称为基本部件) 。正是由于这些模块的不同组合和集成，构成了不同形式的d s s 3 。 2 3 1 决策支持系统的基本构件 7 0 年代末至8 0 年代初开发的d s s 主要由五个部件组成：人机接口( 对话系统) ， 数据库，模型库，知识库和方法库。后来在这五个部件的基础上又开发了各自的管 理系统，即对话管理系统、数据库管理系统、模型库管理系统、知识库管理系统、 方法库管理系统。因此，大批d s s 都可以认为是这十个基本部件的不同的集成和组 合”1 。 虽然从8 0 年代开始，随着计算机集成制造系统( c i m s ) 概念的提出，人们陆陆续 续提出了对于d s s 结构的一些别的观点，如有人提出，d s s 由语言系统l s 、问题处 理系统p p s 和知识系统k s 三部分组成，还有人倾向于把数据库、模型库和知识库统 一为知识系统。但是我们可以看到上面提出各个系统其实都是由上面提到的基本部 件发展而来的，因此结合目前国内外关于d s s 的开发与研究的现状，我们认为d s s 的基本部件还是由五个部分组成的：人机接口，数据库，模型库，知识库和方法库。 2 3 1 1 人机接口 它是d s s 研究中的重要问题。由于决策是人和计算机共同完成的信息处理过程， 人与机器配合的好坏在很大程度上决定了决策的优劣，而人机接口是连接人与系统 的中间纽带，因此人机界面是决策支持系统的关键环节。 人机接口把用户与数据库、模型库、知识库和方法库等联系在一起。决策者要 对各库进行操作和控制，构造好的人机接口是非常重要的工作。根据实践总结出良 好的人机接口应满足如下求： 华中科技大学硕士学位论文 ( 1 ) 多样性：可同时支持有经验或无经验的用户。 ( 2 ) 容错：有较好的错误修复能力。 ( 3 ) 有效性：完成某一任务仅需较少的努力。 ( 4 ) 便利性：提供友好的访问功能路径。 ( 5 ) 柔性：可通过多种路径进行某个操作。 ( 6 ) 致性：最少的用户培训和非期望动作。 ( 7 ) 帮助：提供较好的帮助相错误信息提示。 人机接口系统由人( h u m a n ) 、机器( c o m p u t e r ) 和界面( i n t e r f a c e ) 三部分组成。 其中作为主体的人，有独特的思维功能，人可以进行分析、综合感受各种外来刺激 并做出相应的动作和反应；作为客体的机器，由若干子系统有机构成，并可以联合 完成一系列动作，它是被操作的最终物体，界面是连接主体相客体的中间环节，主 体通过界面来操作客体，而客体反应动作的效果通过界面反馈给主体或主体主动通 过界面来感知客体的动作效果。“”“ 图2 1 人机接口构成 2 3 1 2 数据库系统 从某种意义上可以说，一个决策过程是由数据驱动的，在一个具体的决策制订 过程中，则更要用到大量的数据。数据库系统是d s s 的一个重要组成部分。任何一 个d s s 都不能缺少数据库及其管理系统。 d s s 使用数据的主要目的是支持决策，因此d s s 除了要求d s s 具有信息服务的 功能外，还要求有很强的数据预处理和数据分析的能力，能够为决策所需要的各种 计算机推理服务。因此它对综合性数据或者经过顶处理后的数据比较重视。它与 般通用数据库中的数据是不同的：首先，d s s 中的数据是和决策过程密切相关的，一 华中科技大学硕士学位论文 一；= _ ；= ；= = = ；= = ；= = = ；= = 一 切数据都经过适当的加工、浓缩，其次，由于d s s 一般是面向高层决策的，所以除 了内部数据外，还要用到大量的外部数据( 如市场需求量、产品价格，等等) 。 与d s s 中数据的特点相对应的是对d s s 中数据库管理系统的特殊要求。d s s 中 的数据库管理系统除了要具备第一章所述的一般数据库管理系统的功能外，系统设 计时要着重考虑以下几方面问题： ( 1 ) 面向决策支持过程组织和管理数据： ( 2 ) 面向模型、面向模型生成来使用数据： ( 3 ) 数据描述方式要面向不同的决策者。“ 其数据库系统结构如下2 2 图所示 l 一一，j 图2 2d s s 的数据库系统结构图 2 3 1 3 模型库系统 模型库系统是传统d s s 的三大支柱之，是d s s 最有特色的部件之一。与m i s 相比，d s s 之所以能够对决策制订过程提供有效的支持，除了系统设计思想不同外， 主要在于d s s 中有能为决策者提供推理、比较选择和分析整个问题的模型库。但是， 模型库m b 并不是d s s 必不可少的部件，少数仅通过信息服务来做决策支持的系统就 可以没有m b ，一些向e s 方向发展的d s s 也不太重视鹏在d s s 中的配置。 m b 并不追求模型本身的完美和复杂，它的目标是在决策者需要的时候按他的 要求构造模型，而且建模时要特别注意推理能力和决策者的干预。 模型库作为提供模型存储和表示模式的计算机系统，因此在这个系统中，还应 包含一个以适当的存储模式进行模型提取、访问、更新和合成等操作的软件系统， 即模型管理系统，用了完成如下功能。 ( 1 ) 模型库与模型字典定义、建立、存储、查询、修改、删除、插入和重构等。 ( 2 ) 模型的选择、建立、拼接和组合，提供根据用户命令将简单的子模型构造 成复杂模型的手段。例如提供串联或并联一些子模型成为一个更大模型的手段。 ( 3 ) 模型的运行控制，从调用者获取输入参数，传给模型并使模型运行，最后 把输出参数返回到调用者，一个模型可能被另一个模型调用( 甚至嵌套调用多层) ， 或者被对话命令直接调用，系统必须提供灵活而方便的控制手段。 ( 4 ) 数据库接口的转换。为了减少模型对数据库管理系统的依赖、增强独立性， 模型中对数据库的访问采用了一种统一的标准形式。为了要与一种具体的数据库管 理系统连接，必须有一个转换接口，将标准访问形式转化成具体系统要求的形式。 模型库系统包括模型管理系统、模型库、模型库知识表达、数据提取接口及语 义分析器，结构图如下图2 3 “舯“侧 厂 图2 3d s s 的模型库系统结构图 2 3 1 4 知识库系统 d s s 需要能够较有效地支持半结构化和非结构化问题的解决，而这类问题单纯 用定量方法无法解决，为此，必须在d s s 中建立知识库、以存放各种规则、因果关 系、决策人员的经验等。事实上，也只有当知识和推理技术被娴熟地用于d s s 时， 才可能真正达到决策支持所提出的目标。但是因为知识库仅是d s s 的一部分，是实 华中科技大学硕士学位论文 = 一：= = = = ；= = = _ = # = = = = = = = = = = = = = = = = = ；= = = 现智能化d s s 的高级阶段，因此对于一般的d s s 来说知识库又不是必需独立存在的， 其中的内容可以融合在相应的数据库和模型库中。 知识库概念其实可以说是数据库概念在知识处理领域的拓宽和延伸。在知识库 中可存放各种数据，组织、管理和维护数据库的方法，但是，知识库的主要任务还 是存储大量的知识，因此可将知识库定义为经过分类组织的“知识的一个集合”。 d s s 设立知识库，其总目的是为了扩大与决策者共有的论域，以便更好勾通思 维。具体地讲，开发知识库时应该考虑如下问题：为自然语言理解创立语义和语用 的环境；为建模和数值计算提供必要的分析基础：补充和延拓决策人员的思维能力。 开发知识库的关键技术是：知识获取和解释、知识表示、知识推理以及知识库 的管理和维护。当我们选择知识库的描述框架时，同时也应考虑准备采用的推理机 制。所谓推理是指依据一定的原则从已有的事实推出结论的过程，推理有多种类型。 在知识库系统中，推理过程是对知识选择运用的过程，称为基于知识的推理。 演绎推理和归纳推理是其基本方法和核心内容，逻辑推理与似然推理是其主要特征。 推理机是基于知识推理的计算机实现，它包括推理与控制两方面。控制策略决 定了对知识进行选择的方法，对推理效果与推理效率有重要影响。常用的控制策略 有三种：数据驱动控制( 又称前向推理) ，目标驱动控制( 又称反向推理) ，混合控制( 又 称双向推理) 。 知识库系统包括知识库管理系统和知识库，结构图如下图2 4 所示“删 图2 4 知识库系统结构图 华中科技大学硕士学位论文 = = = = = = = = = ；= = = 。= = = = = ；= 口= = = = = = ；= 口= = ；。 2 3 1 5 方法库系统 方法库就是用来存放和管理各种方法的，这样有利于一个模型可以使用不同的 方法，形成问题不同的求解路径，满足不同情况的需要，但是，因为在计算机中各 种方法都是以子程序的形式存放在存储器中，这样就成为了程序库，与模型库没什 么区别了，因此有入主张方法库和模型库合二为一。因为两种方法各有利弊，因此 在建立决策支持系统时应该根据自己的实际情况进行选择。 方法库系统是具有扩充性的程序组件，它们可以和多种数据库相联，并有与应 用有关的控制系统，它把特定应用的要求转换成相应的系统程序。用户可以用一些 基本程序组件来设计更为复杂的程序，这些复杂程序也加入组件集合，可作为进一 步的构件，因此，组件集合呈层次结构。 通常，方法库系统应包括一个具有通用模块的基本子系统和一个具有面向具体 应用模块的用户系统。基本子系统一次实现，而完整方法库系统则要在基本子系统 基础上增加特定应用功能模块，这种模块可以是以前开发的，也可以从外部得到。3 2 3 2 决策支持系统的体系结构 系统的功能分派给具体的软件模块主要是布局与资源分配问题。因此按系统的 功能来划分的话，决策支持系统大体上由以下三个部分组成“，如下图2 5 所示 ( 1 ) 对决策用的数据进行管理的决策数据管理子系统。 ( 2 ) 决策知识、模型管理子系统。 ( 3 ) 与用户进行对话、接收命令，提供决策结果的交互环境。 一一 l 一 图2 5 决策支持系统体系结构 1 4 华中科技大学硕士学位论文 一：= = = ；= = = = = = ；= = = = = = = ；= = = = = = = ；= = = ；= 。= = = 一 这里，d s s 组成部件所表示的是系统的功能划分，与模块或形式子系统是不相同 的概念。d s s 的对话管理部件体现了系统与用户交互所必需的特殊功能。用户与系统 间的对话确立了既有输出又有输入的交互框架结构。这样需要设定三个不可缺少的 对话管理能力：用户接口，对话控制功能和设定请求交换器。数据管理部件保持了 d s s 的事实基础( 包活可能的链接和关联) ，它反映了d s s 作用的基平特点：所有决策 层次都基于数据集的存取。模型管理功能是处理、说明不断变化的模型。调用、运 行、组合和检查模型的能力是d s s 中的关键能力和核心服务项目，除了直接存取原 始数据之外任何一种支持都需要应用模型。特别是在数据库数据的推理、检索是通 过模型驱动的情况下。埘。1 2 3 3 决策支持系统的相关技术 随着运筹学、人工智能、专家系统、数理统计方法及其软件的日益完善，计算 机技术的不断发展和网络的普及，许多新的技术被不断的应用到决策支持系统中， 使得决策支持系统达到了一个很高的支持水平。 2 3 3 i 数据仓库技术 被称为数据仓库之父的b i l li n m o n 对数据仓库所下的定义是：数据仓库是面向 主题的、集成的、稳定的、随时间变化的数据集合，是用以支持管理决策的过程。 由此可见，数据仓库是一个综合的解决方案，是对原始的操作数据进行各种处理并 转换成有用信息的处理过程，它主要用来帮助有关主管部门做出更符合业务发展规 律的决策。数据仓库为决策支持系统开辟了一种新途径“”。“”。 所谓主题，